CN110235276B - 包括用于防止安全通气部脱离的引导构件的盖组件 - Google Patents

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Abstract

在此公开了一种盖组件，该盖组件装在电池的圆柱形罐的开放的上端部上，该电池构造为具有电极组件安装在圆柱形罐中的结构，该盖组件包括：安全通气部，其构造为在电池的内部压力增加时破裂以排出气体；装在安全通气部的上部上的向上突出型盖板，该盖板设置有排出气体的贯穿口；电流中断构件，其固定到安全通气部的下端，以在电池的内部压力增加时中断电流；以及引导构件，其附接到盖板的内侧，以防止安全通气部的由于电池的内部压力增加而破裂的破裂部分脱离。

Description

包括用于防止安全通气部脱离的引导构件的盖组件
技术领域
本发明涉及一种包括用于防止安全通气部脱离的引导构件的盖组件。
背景技术
随着移动设备不断发展和对这些移动设备的需求增加，作为这些移动设备的能源的二次电池的需求已经急剧增加。在这些二次电池之中，已对具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池进行了大量研究，并且锂二次电池目前已得到商业化且正被广泛使用。
基于每个二次电池的电池壳体的形状，二次电池可分为构造成具有电极组件安装在圆柱形金属罐中的结构的圆柱形电池、构造成具有电极组件安装在棱柱形金属罐中的结构的棱柱形电池以及构造成具有电极组件安装在铝层压片制成的袋形壳体中的结构的袋形电池。在这些电池之中，圆柱形电池单元的优点在于，圆柱形电池的容量相对较大并且圆柱形电池在结构上稳定。
安装在电池壳体中的电极组件是具有包括正极、负极以及插置在正极与负极之间的隔膜的结构并且可被充电和放电的电力产生元件。电极组件分为：果冻卷型电极组件，其构造为具有被施加活性材料的长片型正极和长片型负极在隔膜插置在正极与负极之间的状态下卷绕的结构；堆叠型电极组件，其构造为具有预定尺寸的多个正极和预定尺寸的多个负极在隔膜分别插置在正极与负极之间的状态下顺序堆叠的结构；以及堆叠/折叠型电极组件，其构造为具有诸如全电池或双电池之类的单位电池利用隔离膜卷绕的结构。在这些电极组件之中，果冻卷型电极组件的优点在于，可容易地制造果冻卷型电极组件并且果冻卷型电极组件具有较高的每单位重量的能量密度。
图1是示意性地示出常规圆柱形电池的顶部组件的垂直剖面图，图2是图1中示出的安全通气部的示意透视图。
参照图1和图2，顶盖10构造为向上突出。在顶盖10下方顺序安置以下部件：正温度系数(PTC，positive temperature coefficient)元件20，其用于在电池的内部温度增加时通过大幅增加电池电阻来中断电流；安全通气部30，其构造为在正常状态下向下突出并且构造为在电池的内部压力增加时在向上突出的同时破裂以排出气体；以及连接板50，其上端的一侧连接到安全通气部30并且其下端的一侧连接到电极组件40的正极。
安全通气部30构造为具有其中安全通气部30的圆形的中央部分整体凹陷的结构。凹陷的中央部分设置有平坦部分35，并且平坦部分35的外周表面由其周长逐渐向上增加的倾斜表面33构成。倾斜表面的上部向外弯折，以便形成平行于平坦部分35的外周表面31。在外周表面31与倾斜表面33之间的第一弯折部分32中以及倾斜表面33与平坦部分35之间的第二弯折部分34中形成凹口，凹陷的中央部分由于该凹口而容易变形成突出部分，使得凹陷的中央部分在电池的内部压力增加时从安全通气部30的其余部分分离。
平坦部分35和倾斜表面33由于凹口结构而沿大部分的第二弯折部分34彼此弱连接。然而，平坦部分35和倾斜表面33通过焊接而在第二弯折部分34的一部分36处彼此强连接，使得防止分离的平坦部分35从倾斜表面33脱离。
如上所述，由于平坦部分通过焊接连接到倾斜表面，所以即使在安全通气部因电池单元的内部压力增加而破裂时，安全通气部也没有被完全打开。此外，安全通气部与顶盖或PTC元件之间的空间非常小。因此，难以确保较宽的气体排出通路。
因此，存在对能够确保较宽的气体排出通路以从电池单元快速排出气体的技术的迫切需求。
发明内容
技术问题
本发明致力于解决上述问题或者尚未解决的其他技术问题。
作为用于解决上述问题的各种广泛且深入的研究和实验的结果，本申请的发明人已经发现：在构成圆柱形罐的盖组件的安全通气部由于电池的内部压力增加而破裂并且从盖组件分离的情形中，如将在下面描述地那样，可通过将引导构件附接到盖板的内侧以防止安全通气部的破裂部分脱离来确保较宽的气体排出通路。已基于这些发现完成本发明。
技术方案
根据本发明的一个方面，可通过提供一种盖组件来实现上述和其他目的，所述盖组件装在电池的圆柱形罐的开放的上端部上，所述电池构造为具有电极组件安装在所述圆柱形罐中的结构，所述盖组件包括：安全通气部，所述安全通气部构造为在电池的内部压力增加时破裂以排出气体；装在所述安全通气部的上部上的向上突出型盖板，所述盖板设置有排出气体的贯穿口；电流中断构件，所述电流中断构件固定到所述安全通气部的下端，以在电池的内部压力增加时中断电流；以及引导构件，所述引导构件附接到所述盖板的内侧，以防止所述安全通气部的由于电池的内部压力增加而破裂的破裂部分脱离。
如上所述，根据本发明的盖组件构造为具有引导构件附接到盖板的内侧的结构，并且还构造为具有在电池的内部压力增加时，安全通气部的内侧弯折部分完全破裂并且从安全通气部的其余部分分离的结构。因此，狭窄时可增加电池的内部压力的气体排出通路可得以加宽，从而可安全且快速地排出气体。
因此，可解决常规技术的问题，在常规技术中，当安全通气部破裂以从电池排出气体时，安全通气部的弯折部分的一部分断裂，而安全通气部的弯折部分的另一部分未断裂，从而安全通气部没有完全被打开，由此难以确保用于从电池排出气体的通路。
此外，与常规技术不同，不必执行为了防止安全通气部的弯折部分的一部分破裂的诸如焊接之类的连接方法，从而可进一步简化电池制造工序，由此提高生产率。
在圆柱形电池单元的充电和放电期间，在电池单元中产生气体，从而电池单元的内部压力增加。在电池单元的内部压力超过预定水平的情形中，安全通气部的一部分破裂，从而排出气体。
因此，引导构件可用于防止安全通气部的在电池的内部压力增加时与安全通气部的其余部分分离的一部分朝向盖板向上移动，以防止安全通气部的分离部分与盖板相撞。
在具体示例中，安全通气部可包括：从安全通气部的外周边缘向下弯折的第一弯折部分、从第一弯折部分向下延伸的倾斜部分以及从倾斜部分朝向安全通气部的中央水平地弯折的第二弯折部分，并且可在第一弯折部分和第二弯折部分中的一个，例如第二弯折部分中形成用于在电池的内部压力增加时引起安全通气部破裂的凹口。
就是说，安全通气部可构造为具有其中安全通气部由于第一弯折部分和第二弯折部分而向下凹陷的结构，或者安全通气部可构造为具有其中在第二弯折部分中形成凹口以在电池的内部压力增加时使得凹口断裂，从而将气体排出到外部的结构。
安全通气部可构造为具有这样的结构，即在电池的内部压力增加时翻转安全通气部的形状使得安全通气部的凹陷部分变成向上突起，并且在电池的内部压力进一步增加时形成在第二弯折部分中的凹口断裂。
或者，安全通气部可构造为具有这样的结构，即在电池的内部压力增加时，即使在安全通气部是凹陷的而未翻转安全通气部的形状的状态下，形成在第二弯折部分中的凹口也断裂。
电流中断构件是在电池的内部压力增加时破裂以中断电流的构件。具体地，电流中断构件可在其中央处通过焊接等设置有固定到安全通气部的下端以便向上突出的突出部分，并且电流中断构件还可设置有排出气体的两个或更多个贯穿口。
当电池的内部压力增加时，安全通气部的形状被翻转，从而电流中断构件与电极组件的正极之间的连接部分破裂，从而中断电流。凹口可形成在突出部分的外周表面中。随着安全通气部的形状被翻转，凹口可破裂，从而突出部分在连接到安全通气部的状态下可容易地从电流中断构件与电极组件的正极之间的连接部分分离。
贯穿口可关于电流中断构件的中心以径向对称的布置形成并且具有弧形形状。如上所述，在贯穿口以径向对称的布置形成的情形中，可防止过量的气体在一个方向上排出并且确保电流中断构件的刚性。
在具体示例中，第二弯折部分可形成为具有闭合曲线形状的凹口。因此，当电池的内部压力增加时，具有闭合曲线形状的第二弯折部分的整体可容易地破裂。因此，以圆形的平面形状破裂的安全通气部的中央部分可容易地从安全通气部的其余部分分离。
引导构件是在防止安全通气部的破裂部分向上移动并且完全脱离的同时，确保较宽的气体排出通路的构件。引导构件可从盖板的突出部分的下表面的外周边缘朝向盖板的中央延伸。
引导构件可具有基于盖板的突出部分的下表面的半径R的0.3R至1R的范围的宽度。在引导构件的宽度小于0.3R的情形中，难以防止破裂且向上移动的安全通气部的脱离。在引导构件的宽度大于1R的情形中，由安全通气部的破裂部分形成的倾斜表面的角度变小，从而难以确保气体排出通路。
可通过引导构件来确保尽可能宽的气体排出通路，以从电池快速排出气体。引导构件可具有基于具有盖板的突出部分的下表面作为其外周边缘的平面圆形的10度至90度的中心角。
在引导构件具有基于具有盖板的突出部分的下表面作为其外周边缘的平面圆形小于10度的中心角的情形中，可能难以防止瞬间快速向上移动的安全通气部的脱离，这是不期望的。在引导构件具有大于90度的中心角的情形中，安全通气部被引导构件阻挡，并且即使在安全通气部完全分离时也垂直向上移动，从而难以确保较宽的气体排出通路，这也是不期望的。
安全通气部可构造为使得形成在第二弯折部分中的凹口在电池的内部压力增加时断裂，从而基于第二弯折部分而与倾斜部分隔的平坦部分从倾斜部分分离。
分离的平坦部分可被倾斜以便具有相对于地面的倾斜表面，以形成气体排出通路。
如上所述，在根据本发明的盖组件中，引导构件附接到盖板的下表面。因此，分离的平坦部分的一侧表面的向上移动被引导构件限制。结果，分离的平坦部分未以平行于地面的状态垂直向上移动，而是被倾斜以便具有相对于地面的倾斜表面。
例如，倾斜表面的下部可定位在引导构件的下表面处，并且倾斜表面的上部可定位成与引导构件的下表面相反。因此，可在倾斜表面的上侧形成较宽的气体排出通路，从而可快速且安全地排出气体。
根据情况，盖组件可进一步包括用于在电池的内部温度增加时通过大幅增加电池电阻来中断电流的正温度系数(PTC，positive temperature coefficient)元件。PTC元件可插置在例如顶盖与安全通气部之间。
盖组件可构造为具有堆叠有电流中断构件、用于电流中断构件的衬垫、安全通气部、PTC元件以及其中具有一个或多个气体排出口的顶盖的结构，或者盖组件可构造为具有将衬垫进一步安装到该堆叠结构的外周表面的结构。
电极组件例如可以是构造为具有正极和负极在隔膜插置在正极与负极之间的状态下卷绕的结构的果冻卷型电极组件。然而，本发明并不限于此。
用于圆柱形罐的材料没有具体限制。例如，圆柱形罐可由不锈钢、钢、铝，或它们的合金中的任意一种制成。
根据本发明的另一方面，提供一种包括所述盖组件的圆柱形电池。圆柱形电池可以是表现出高能量密度、高放电电压和高输出稳定性的锂二次电池。然而，本发明不限于此。
附图说明
图1是示出常规圆柱形电池的顶部组件的垂直剖面图；
图2是图1中示出的安全通气部的透视图；
图3是示出根据本发明实施方式的顶部组件的垂直剖面图；
图4是图3中示出的电流中断构件的透视图；
图5是图3中示出的安全通气部的透视图；
图6是图3中示出的安全通气部的侧视图；
图7是示意性示出图3中所示的安全通气部已破裂的状态的侧视图；
图8是附接有图3中示出的引导构件的盖板的底视图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。然而，应当注意，本发明的范围不限于例示的实施方式。
图3是示出根据本发明实施方式的顶部组件的垂直剖面图，图4是图3中示出的电流中断构件的透视图。
参照图3和图4，盖组件100包括：安全通气部120，其构造为在电池的内部压力增加时破裂以排出气体；向上突出型盖板110，其装在安全通气部120的上部，盖板设置有排出气体的贯穿口；电流中断构件130，其固定到安全通气部的下端以在电池的内部压力增加时中断电流；以及引导构件140，其用于防止安全通气部的破裂部分从其原始位置脱离并与顶盖相撞。
正温度系数(PTC)元件151插置在盖板110与安全通气部120之间，并且进一步安装衬垫150以便包裹盖板110、PTC元件151和安全通气部120的外周表面。
电流中断构件130是在电池的内部压力增加时破裂以中断电流的构件。在电流中断构件的中央处形成突出部分132以便向上突出，突出部分132通过焊接固定到安全通气部120的下端，并且关于突出部分132同心地形成三个通孔137与将通孔137相互连接的凹口135，从而构成桥。
此外，关于中心轴线以径向对称的布置在电流中断构件130的外周表面中形成排出气体的三个贯穿口136，并且三个贯穿口136具有圆弧形状。
当安全通气部120由于电池单元的内部压力增加而破裂时，电流中断构件130与电极组件的正极之间的连接部分断裂，从而中断电流。凹口135形成在突出部分132的外周表面中。当安全通气部120破裂时，凹口135断裂，从而突出部分132从电流中断构件130与电极组件的正极之间的连接部分分离。
图5是图3中示出的安全通气部的透视图，图6是图3中示出的安全通气部的侧视图。
参照图5和图6，安全通气部120包括：从安全通气部120的外周边缘121向下弯折的第一弯折部分122、从第一弯折部分122向下延伸的倾斜部分123、从倾斜部分123朝向安全通气部120的中央水平地弯折的第二弯折部分124、以及形成在安全通气部120的中央处以便平行于地面的平坦部分125。
第二弯折部分124设置有具有闭合曲线形状的凹口129。因此，当凹口由于电池的内部压力增加而破裂时，平坦部分125从倾斜部分完全分离。
图7是示意性地示出图3中所示的安全通气部已破裂的状态的侧视图。
参照图7，在其中外周边缘121与倾斜部分123彼此连接但平坦部分125已从倾斜部分123分离并且朝向盖板移动的状态下，安全通气部120保持凹陷。
朝向盖板的中央延伸的引导构件140附接到位于盖板110的突出部分111下方的盖板110的外周边缘112。引导构件140接触平坦部分125的已朝向盖板移动的部分，使得平坦部分125具有相对于地面的倾斜表面。就是说，倾斜表面的下部定位在引导构件140的下表面处，并且倾斜表面的上部定位成使得与引导构件的下表面相反。结果，气体可通过处于倾斜状态的平坦部分125与倾斜部分123之间界定的空间101排出。因此，可在平坦部分的周围在所有方向上形成气体排出通路，从而可快速且安全地排出气体。
图8是图3示出的盖板的底视图。
参照图8，盖板110的下表面由外周边缘112界定，外周边缘112具有比盖板110的突出部分111的平面半径更大的平面半径，并且朝向盖板的中央延伸的引导构件140附接到外周边缘112。
引导构件140示出为以已去除顶部的扇形形成。然而，本发明不限于此。引导构件可形成为条形、线形或者多边形。
引导构件的宽度W具有基于盖板的突出部分的下表面的半径R的0.3R至1R的范围，并且引导构件可形成为具有基于外周边缘112的周边的10度至90度的中心角，外周边缘112的周边在平面图中观察时是圆形的并且包含360度。
如上所述，由于根据本发明的盖组件构造为使得引导构件附接到盖板的下表面，因此即使在安全通气部的一部分破裂并且从安全通气部的其余部分分离时，安全通气部的该一部分被引导构件防止向上移动并且被倾斜，从而可快速和安全地从安全通气部的分离部分的周围在所有方向上排出气体。
尽管为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解的是，在不背离本发明的范围和精神的情况下，如所附权利要求中所公开的那样，可做出各种修改、增加和替换。
工业实用性
从以上描述显见的是，根据本发明的盖组件构造为使得引导构件附接到盖板的内侧，以防止在电池的内部压力增加时破裂排出气体的安全通气部的脱离，从而安全通气部的破裂部分从安全通气部的其余部分完全分离。因此，可确保较宽的气体排出通路，并且还可防止安全通气部的破裂部分与盖板相撞。
此外，可省去诸如焊接之类的形成固定部分以防止安全通气部在破裂时完全分离的工序，从而可简化电池单元的制造工序。

Claims (12)

1.一种盖组件，所述盖组件装在电池的圆柱形罐的开放的上端部上，所述电池构造为具有电极组件安装在所述圆柱形罐中的结构，所述盖组件包括：
安全通气部，所述安全通气部构造为在电池的内部压力增加时破裂以排出气体；
装在所述安全通气部的上部上的向上突出型盖板，所述盖板设置有排出气体的贯穿口；
电流中断构件，所述电流中断构件固定到所述安全通气部的下端，以在电池的内部压力增加时中断电流；以及
引导构件，所述引导构件附接到所述盖板的内侧，以防止所述安全通气部的由于电池的内部压力增加而破裂的中央部分脱离，
其中所述安全通气部构造为使得所述安全通气部的所述中央部分在电池的内部压力增加时从所述安全通气部的其余部分完全分离并且与所述引导构件接触，从而完全分离的所述中央部分被倾斜以便具有相对于地面的倾斜表面以形成气体排出通路。
2.根据权利要求1所述的盖组件，其中所述引导构件用于防止所述安全通气部的在电池的内部压力增加时从所述安全通气部的其余部分分离的一部分朝向所述盖板向上移动。
3.根据权利要求1所述的盖组件，其中
除了所述中央部分之外，所述安全通气部还包括：从所述安全通气部的外周边缘向下弯折的第一弯折部分、从所述第一弯折部分向下延伸的倾斜部分以及从所述倾斜部分朝向所述安全通气部的所述中央部分水平地弯折的第二弯折部分；并且
在所述第二弯折部分中形成用于在电池的内部压力增加时引起所述安全通气部破裂的凹口。
4.根据权利要求1所述的盖组件，其中所述电流中断构件在其中央处设置有固定到所述安全通气部的下端的突出部分以便向上突出，并且所述电流中断构件还设置有排出气体的两个或更多个贯穿口。
5.根据权利要求4所述的盖组件，其中所述贯穿口关于所述电流中断构件的中心以径向对称的布置形成并且具有弧形形状。
6.根据权利要求3所述的盖组件，其中所述第二弯折部分形成为具有闭合曲线形状的凹口。
7.根据权利要求1所述的盖组件，其中所述引导构件从所述盖板的突出部分的下表面的外周边缘朝向所述盖板的中央延伸。
8.根据权利要求1所述的盖组件，其中所述引导构件具有基于所述盖板的突出部分的下表面的半径R的0.3R至1R的范围的宽度。
9.根据权利要求1所述的盖组件，其中所述引导构件具有基于所述盖板的突出部分的下表面作为其外周边缘的平面圆形的10度至90度的中心角。
10.根据权利要求3所述的盖组件，其中所述安全通气部构造为使得形成在所述第二弯折部分中的所述凹口在电池的内部压力增加时断裂，从而基于所述第二弯折部分而与所述倾斜部分分隔的所述中央部分从所述倾斜部分分离。
11.根据权利要求1所述的盖组件，其中所述倾斜表面的下部定位在所述引导构件的下表面处，并且所述倾斜表面的上部定位成使得与所述引导构件的下表面相反。
12.一种圆柱形电池单元，所述圆柱形电池单元包括根据权利要求1到11中任一项所述的盖组件。
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